纳秒激光诱导空气等离子体存在从紫外、 可见、 近红外乃至射频微波的宽谱段辐射, 但目前的研究大多关注紫外到可见波段的光谱辐射。 激光等离子体作为一种新型的红外辐射源具有很多优势, 相比于红外干扰弹以及红外干扰手段而言, 空气等离子体红外辐射源可以灵活布置, 成本低廉, 因此研究空气等离子体的红外辐射特性就很有必要。 针对目前脉冲激光诱导空气等离子体的红外干扰研究需要, 对激光波长为532 nm的纳秒脉冲激光诱导空气等离子体的红外辐射特性进行实验研究, 探讨激光能量对空气等离子体红外辐射强度的影响规律, 以及空气等离子体红外辐射的角度分布特性, 分析了等离子体红外辐射的可能产生机制。 实验结果表明, 激光诱导空气等离子体在950～1 700 nm范围内的红外光谱为线状谱和连续谱的叠加。 其中线状谱主要是氮和氧的中性原子谱线, 并且氮原子红外辐射占主导。 随着激光能量的增加, 由于空气击穿产生的氧和氮原子数量增加, 导致空气等离子体红外辐射的谱线强度逐渐增大。 随着红外探测角度的变化, 在探测角度为75°时, OⅠ 1 12863 nm和NⅠ1 24696和1 36242 nm谱线强度达到最大, 在探测角度为120°时, NⅠ 1 01146和1 05396 nm谱线强度达到最大, 这是因为空气等离子体红外辐射强度随探测角度变化呈现空间非对称性, 表明空气等离子体内不同粒子的空间分布呈现非对称性。

使用涡旋光束代替高斯光束作为产生光源,研究了涡旋光束产生太赫兹波的过程。探究了具有不同拓扑荷数的涡旋光束在产生太赫兹波时的差异,相位奇点的位置对产生太赫兹波的影响,不同脉冲强度和激光波长下涡旋光束产生的太赫兹波能量、频谱和偏振的变化。结果表明,产生的太赫兹波强度会随涡旋光束拓扑荷数的变化而变化,并且与涡旋中心的位置密切相关。涡旋光束所产生的太赫兹波随脉冲强度和激光波长的变化趋势与高斯光束一致。高斯光束与涡旋光束产生的太赫兹波在频谱和偏振上的变化趋势一致。

传统的等离子体闪光法, 是根据探测器是否接收到来自薄膜样片周围发射的闪光信号, 对薄膜是否发生损伤进行评判, 这样的评判方法极易把空气与薄膜的等离子体闪光混淆而发生误判。 为了消除这种误判, 提出通过比较空气和薄膜各自的等离子体闪光的点燃时间, 利用两者时间上的差异, 实现对传统等离子体闪光法误判现象的消除方法。 为了验证新方法的可靠性, 借助于多光子吸收和级联电离理论, 建立了空气等离体子体点燃时间的计算模型, 根据薄膜与激光的相互作用原理建立了薄膜被击穿时的等离子体点燃时间计算模型, 利用建立的模型仿真计算了空气和薄膜的等离子体闪光点燃时间分别为1.856和7.843 ns; 搭建实验装置以实现对传统等离子体闪光法的更新, 在装置中的不同位置设置三个光电探测器分别采集入射激光信号、 空气和薄膜等离子体闪光信号, 采集入射激光信号的光电探测器置于聚焦透镜的侧面, 另外两个探测器位于薄膜样片周围且左右对称放置, 分别用于采集薄膜的等离子体闪光信号和空气的等离子体闪光信号, 所有光电探测器采集的信号转换为电信号后同步传输至示波器, 以入射激光信号为基准信号, 其与空气和薄膜等离子体闪光信号的起始时刻之差, 分别为空气和薄膜等离子体闪光点燃时间。 脉宽为10 ns、 波长为1 064 nm的Nd∶YAG脉冲激光以0.015 cm的聚焦光斑半径、 82.4 mJ的入射能量作用于光学厚度为λ/4、 直径为20 mm的单层Al2O3薄膜样片上后, 采集上述激光作用条件下的各路信号, 经处理后得到的空气和薄膜的等离子体闪光点燃时间测试值分别为2.7和7.8 ns; 理论计算和实验测试结果表明, 空气的点燃时间总是小于薄膜的点燃时间, 二者有很好的一致性。 说明当强激光作用于单层Al2O3薄膜表面时, 空气等离子体闪光先于薄膜等离子体闪光发生。 基于空气和薄膜等离子体闪光点燃时间上的这种差异, 利用闪光信号时间上的差别就可准确分辨出薄膜是否发生损伤, 从而获得识别薄膜损伤与否的判据, 这种从时间差异上识别薄膜等离子体闪光损伤的新方法, 无论从理论上还是实验上均为传统等离子体闪光法误判现象的消除提供了技术基础。

太赫兹时域频谱技术(terahertz time-domain spectroscopy, THz-TDS)是近年发展起来的一项新技术, 它可同时获取太赫兹脉冲与物质相互作用的电场强度和位相信息的。对被测样品的透射或反射太赫兹波信号进行傅里叶变换, 能够精确地表征样品随太赫兹频率变化的光学、电学和介电特性。概述了利用光电导天线、光整流、空气等离子体等方式产生太赫兹波, 以及利用光电导天线、电光取样、空气等离子体等探测太赫兹波的方法。阐述了THz-TDS系统的原理、组成和特点, 以及THz-TDS技术在各领域的应用。最后对THz-TDS技术的未来发展趋势进行了展望。

采用具有旋转对称性的三维空间电离模型, 对紧聚焦条件下中心波长为800 nm、脉冲宽度为50 fs的激光脉冲产生的空气等离子体的时间和空间特性进行了数值模拟, 揭示了整个等离子体区折射率的动态演化过程。计算结果表明：当激光脉冲开始聚焦时, 靠近焦点前方的空气首先被电离, 随后产生一个中心区域达到饱和、边缘具有很高折射率梯度的水滴状等离子区域; 随着激光脉冲继续向焦点传播并越过焦点, 等离子体区进一步向前延伸, 直至在焦点前后形成一个近乎对称的双卵形结构; 脉冲通过焦点区域后, 空气等离子体强度沿传播方向逐渐减弱, 直到最终完全消失; 在10倍物镜聚焦下, 脉冲能量为500 μJ、脉冲宽度为50 fs的激光脉冲产生的空气等离子体由产生到消失的整个过程约持续3 ps。理论计算结果与30 kPa低气压环境下的实验观测结果相吻合。

超宽谱探测技术对于高分辨率的太赫兹吸收光谱测量以及太赫兹科学研究和应用发展等方面具有重要意义。利用空气等离子体实现了太赫兹超宽谱的测量，并对该探测机制进行了系统的实验研究，利用该探测系统测量了两种炸药奥克托金(HMX)和太胺(PETN)的太赫兹超宽带吸收谱。结果表明太赫兹频谱宽度会随着探测光能量或偏置电场的增加而展宽，随着探测脉冲脉宽的增大而变窄，且利用空气等离子体产生与探测的超宽谱测量在低频区与傅里叶变换红外(FTIR)光谱术有很好的吻合。